Серотонин - гормон и нейромедиатор

Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение

лицей № 150

Калининского района г. Санкт-Петербурга

Серотонин – гормон и нейромедиатор

информационный проект

Работу выполнила

Смелик Ксения Сергеевна

учащаяся 10 «Б» класса

Руководитель:

Запанкова Анна Михайловна

учитель биологии

Санкт-Петербург

2022-2023

3

6

6

6

7

10

13

15

18

20

26

26

26

27

28

28

28

28

31

33

33

35

37

38

1. Паспорт проекта

2. Теоретическая часть

   1. Введение

   2. История открытия серотонина

   3. Триптофан

   4. Серотонин

   5. Серотонин как гормон

   6. Серотонин как нейромедиатор

   7. Типы серотониновых рецепторов

   8. Способы повышения уровня серотонина в организме

3. Экспериментальная часть

   1. Использованное оборудование, химическая посуда и материалы

   2. Химические реактивы

   3. Исследуемые объекты

   4. Подготовительный этап

      1. Подготовка объектов для анализа

      2. Подготовка хроматографической системы

   5. Определение наличия триптофана в исследуемых продуктах

4. Продукт

5. Выводы

6. Список литературы и интернет-ресурсов

7. Лист самооценки

8. Рецензия куратора

9. Сертификаты о публикации

1.Паспорт проекта

1) Тема проекта: «Серотонин – гормон и нейромедиатор»

2) Тип проекта: информационный

3) Куратор проекта: Запанкова Анна Михайловна, учитель биологии

4) Противоречие: между употреблением незаменимой аминокислоты триптофан, которая является предшественником серотонина и его влиянием на физическое и психическое состояние человека

5) Проблема: как поддерживать нормальный уровень серотонина в организме человека для регуляции физических и психических процессов?

6) Цель проекта: до конца 2022-2023 учебного года определить способы поддержания нормального уровня серотонина в организме и в 2023-2024 учебном году провести обучающий урок-лекцию по теме «Серотонин и стресс перед экзаменами» для учащихся 9х и 11х классов

7) Задачи:

• Подобрать информационный материал для написания реферативной части

• Осуществить эксперимент, подтверждающий присутствие триптофана – предшественника серотонина, в продуктах питания

• Составить план урока и провести обучающий урок-лекцию по теме «Серотонин и стресс перед экзаменами» для учащихся 9х и 11х классов (2023-2024 учебный год)

• Сделать выводы

8) План реализации проекта («Дорожная карта»)

9) SWOT-анализ

2.Теоретическая часть

2.1.Введение

Серотонин - это химическое вещество, которое вырабатывается из аминокислоты триптофан. Он синтезируется в мозге и центральной нервной системе в целом и там функционирует как нейромедиатор, то есть передатчик импульсов между нервными клетками. Второе место синтеза — желудочно-кишечный тракт, где он уже становится полноценным гормоном, активным веществом, которое участвует в регулировке определенных процессов в организме. Серотонин действует как на мозг, так и на кишечник. Серотонин влияет на повседневное поведение, играя ключевую роль в регуляции настроения, циклов сна и бодрствования, гомеостазе и влияя на аппетит, болевую чувствительность, умственную и физическую работоспособность.

Дисбаланс серотонина связан с широким спектром симптомов, которые влияют на психическое и физическое здоровье, ухудшая качество жизни.

К счастью, есть способы повысить уровень серотонина в организме.

2.2.История открытия серотонина

Серотонин был открыт в 1935 году итальянским фармакологом Витторио Эрспамером. Впервые это вещество было выделено из слизистой желудочно-кишечного тракта кролика. Некоторые считали, что это был всего лишь адреналин, но только через два года первооткрывателю удалось доказать, что этим веществом оказался ранее неизвестный амин. Эрспамер назвал полученное соединение «энтерамином». В 1948 году Морис Раппорт, Арда Грин и Ирвин Пейдж в Кливлендской клинике обнаружили сосудосуживающее вещество в бычьей сыворотке крови, которое назвали «серотонином». Структура данного вещества, предложенная Морисом Раппортом, в 1951 году была подтверждена химическим синтезом. В 1952 году было доказано, что энтерамин и серотонин — одно и то же вещество. В 1953 году нейрофизиологи Ирвин Пейдж и Бетти Твэрег показали, что этот амин также является нейромедиатором и локализуется в головном мозге млекопитающих.

Рис.1.Витторио Эрспамер Рис.2.Морис Раппорт

Рис.3.Ирвин Пейдж Рис.4.Арда Грин

2
.3.Триптофан

Рис.5. Формула триптофана

Триптофан – ароматическая альфа-аминокислота. Является одной из девяти незаменимых аминокислот. Поступает в организм с пищей. Существует в двух оптически изомерных формах, L и D, и в виде рацемата (рацемической смеси) (DL). L-триптофан является

протеиногенной аминокислотой и входит в состав белков всех известных живых организмов. Относится к ряду гидрофобных аминокислот, поскольку содержит ароматическое ядро индола.

Триптофан является биологическим прекурсором серотонина (из которого затем может синтезироваться мелатонин) и ниацина (никотиновая кислота, одна из форм витамина B₃).

Катаболизм триптофана включает три основных пути; кинурениновый путь, на который приходится около 90–95% метаболизма триптофана, серотонин/мелатониновый путь, на который приходится около 1–2% метаболизма триптофана, и 5% используются в индольном пути. Его три основных метаболических пути приводят к образованию таких метаболитов, как кинуреновая кислота, ксантуреновая кислота, индол-3-пропионовая кислота (IPA) и серотонин/мелатонин.

Аминокислота триптофан превращается в 5-HTP, прежде чем она превращается в серотонин. TPH1 и TPH2 - ферменты, ответственные за превращение триптофана в 5-HTP, являются самыми медленными (лимитирующими скорость) ферментами в выработке серотонина. А вот метаболит триптофана – 5-гидрокситриптофан (5-HTP) легко проникает через гематоэнцефалический барьер и, кроме того, быстро декарбоксилируется в серотонин (5-гидрокситриптамин, или 5-HT). Триптофан конкурирует с лейцином, валином, тирозином и изолейцином за преодоление гематоэнцефалического барьера (ГЭБ). Однако 5-HTP не конкурирует с другими аминокислотами за попадание в мозг. 5-HTP легко проникает через гематоэнцефалический барьер без рецепторов или каналов. Серотонин не проникает через гематоэнцефалический барьер, поэтому серотонин вне мозга (в кишечнике, тромбоцитах, сердце и печени) остается отдельно от серотонина в мозге.

В то время как триптофан может быть использован для синтеза белка и выработки ниацина, 5-HTP может быть преобразован только в серотонин. Триптофан может быть превращен в кинуреновую кислоту и хинолиновую кислоту, которые участвуют в психических расстройствах, таких как шизофрения, тревога, депрессия и синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ). 5-НТР непосредственно не превращается в нейротоксичные метаболиты.

Рис.6.Поглощение и метаболизм триптофана.

Рис.7.Синтез серотонина

2
.4.Серотонин

Рис.8.Формула серотонина

Серотонин (5-гидрокситриптамин, 5-НТ) является биогенным амином и представляет собой соединение, имеющее в организме человека функцию гормона и нейромедиатора. В головном мозге позвоночных тела серотонинергических нейронов найдены в стенке третьего желудочка и в древней стволовой части, где входят в состав т.н. ядер шва; их отростки иннервируют обширные области центральной нервной системы (ЦНС). Серотонинергические нейроны ядер шва участвуют в регуляции многих форм поведения, процессов сна, терморегуляции и др. Как гормон, 5-НТ регулирует моторику желудочно-кишечного тракта, выделение слизи, препятствует кровопотере (вызывая спазм поврежденного сосуда) и выполняет др. функции.

Изначально триптофан под действием фермента триптофангидроксилазы получает ОН-группу по 5-положению в основном индольном фрагменте, превращаясь в 5-гидрокситриптофан (5-HTP в англоязычных источниках). Затем 5-НТР путём отщепления –СООН группы декарбоксилазой ароматических аминокислот превращается в собственно серотонин.

Р
ис.9.Метаболизм серотонина

Дальнейший метаболизм серотонина разветвлён и зависит от «ферментного набора» ткани и органа, где соответственно протекает. Однако, наибольшую значимость имеет путь, ведущий к мелатонину. Фермент N-ацетилтрансфераза превращает серотонин в N-ацетилсеротонин, а затем 5-гидроксииндол-О-метилтрансфераза превращает ОН-группу в CH3O-, осуществляя таким образом финальную стадию синтеза мелатонина (N-ацетил-5-гидрокситриптамина). (Рис.9)

Экзогенный серотонин не проникает через гематоэнцефалический барьер, таким образом, концентрация серотонина в головном мозге не зависит от синтеза и секреции его в ЖКТ, а определение концентрации серотонина в крови не дает информации о его концентрации в ЦНС. Однако для предшественника серотонина 5-ГТФ барьера проницаемости не существует.

При изучении серотониновой системы исследователями изначально не предполагалось, что серотонин участвует в большом числе физиологических процессов организма млекопитающих. Позже было выявлено его воздействие на пищевое поведение, терморегуляцию, перистальтику кишечника, моторику гладких мышц (бронхи, матка), работу симпатической и парасимпатической нервной системы, состояние (тонус) сосудов сердца и опосредует выраженность психических проявлений, таких как беспокойство, депрессия и ряд других.

Р
ис.10.Дальнейший метаболизм серотонина

2.5.Серотонин как гормон

В качестве гормона серотонин синтезируется преимущественно в энтерохромаффинных клетках (ЕС) желудочно-кишечного тракта (до 90% от общего уровня 5-НТ), играя центральную роль в регуляции моторики тонкого кишечника, секреции соляной кислоты, обмене анионов (в первую очередь - хлора и бикарбонатов), а также реализует вазоактивные свойства в слизистой и подслизистой оболочках и определяет вкусовые ощущения. Под воздействием кислотно-пептических факторов в ЕС клетках двенадцатиперстной кишки происходит усиленная выработка серотонина, что обеспечивает острый секретогенный эффект и способствует увеличению амплитуды сокращений желудка и дуоденума.

Р
ис.11.Энтерохромаффинные клетки

Одну из основ этиопатогенеза заболеваний ЖКТ составляет нарушение обмена серотонина. На фоне приема серотонина или его прекурсора - триптофана у пациентов с болезнью Крона значительно снижается острота патологии и быстрее достигается период ремиссии.

В экспериментах показано, что при введении серотонина животным, значительным образом нормализуется микробиом кишечника. Это открывает новые перспективы в лечении воспалительных заболеваний кишечника, которые только в экономически развитых странах составляют 1398 случаев на 100 000 населения.

Высвобождение серотонина из энтерохромаффинных клеток в систему портального кровообращения сопровождается его быстрой абсорбцией тромбоцитами; остаточные количества подвергаются метаболизму в печени до 5-гидроксииндолуксусной кислоты. Неметаболизированный в печени серотонин попадает в легкие, где оказывает регулирующее воздействие на легочное сосудистое сопротивление, что особенно важно на этапе рождения детей. Биологическая функция гормона, включенного в кровяные пластинки, заключается, прежде всего, в вазодилатирующем (расширение просвета кровеносных сосудов) эффекте (за счет усиления продукции оксида азота) и в вазоконстрикции (сужение просвета кровеносных сосудов) - при повреждении капилляров и образовании тромбов. На миокард 5-ГТА оказывает непосредственное слабое положительное инотропное и хронотропное действие, однако клинически у человека это практически не проявляется, поскольку серотонин также вызывает рефлекторную брадикардию. Серотонин влияет на артериальное давление, это влияние имеет вид трехфазного процесса: сначала наблюдается кратковременное понижение давления вследствие усиления активности блуждающего нерва, вызванного стимуляцией хеморецепторов коронарных сосудов и каротидного синуса, с последующим быстрым повышением АД вследствие сужения периферических сосудов. Позднее повышение АД сменяется стойкой гипотензией вследствие расширения кровеносных сосудов скелетной мускулатуры. Серотонин стимулирует все гладкомышечные структуры. Сосудистая сеть испытывает регулирующее влияние циркулирующего свободного 5-HT, уровень которого в значительной степени контролируется тромбоцитами. Синтез серотонина организмом протекает во время активации тромбоцитов, что влияет на их агрегацию. Из-за отсутствия ферментов в тромбоцитах они не могут интрацеллюлярно синтезировать 5-HT, но способны к его активной абсорбции из кровотока. При этом селективные ингибиторы обратного захвата серотонина ингибируют поглощение серотонина тромбоцитами, что может замедлить реакцию их агрегации. Исследователями было выявлено, что процессы синтеза, метаболизма и высвобождения серотонина протекают с помощью сосудистой системы, включая артерии и вены, вне зависимости от расположения рецепторов. Таким образом, сосудистая сеть имеет самую тесную связь с 5-НТ, что в свете ведущей этиологии заболеваний сердечнососудистой системы в общей структуре болезней человечества требует самого тщательного изучения.

По мнению исследователей, комплексное воздействие серотонина и серотониергической системы на процессы кровообращения остаются мало изученными, что дает повод к выдвижению гипотез о вовлеченности различных уровней организации организма и лежащих в их основе сложных механизмов в этом разделе гомеостазиса.

2.6.Серотонин как нейромедиатор

Как нейромедиатор, серотонин синтезируется и депонируется в пресинаптических нейронах - серотонинергических нейронах, шишковидной железе и катехоламинергических нейронах головного мозга. Серотонин присутствует в девяти группах клеток, изолированных от моста и среднего мозга. Локализация серотонинергических ядер, в основном, наблюдается в ядрах шва, содержащих восходящие и нисходящие серотонинергические волокна; незначительное количество серотонинергических ядер находится в ретикулярной формации с волокнами, которые локализуются внутри продолговатого мозга.

Р
ис.12.Эпифиз, или шишковидная железа

В общем, процесс синтеза серотонина в ЦНС протекает при помощи различных независимых систем организма. Например, при деполяризации нейронов происходит выброс предварительно наработанного в клетке серотонина. Он может связываться либо с постсинаптическими рецепторами (рецепторы 5-HT), либо с пресинаптическими серотониновыми ауторецепторами. Связывание серотонина с ауторецеп-тором действует как отрицательная обратная связь против дальнейшего высвобождения серотонина в синаптическую щель. Высокоселективный транспортер серотонина SERT, который расположен на пресинаптической мембране, используется для выведения серотонина из синаптической щели. После транспортировки в пресинаптический нейрон серотонин возвращается обратно в пресинаптические везикулы, где он защищен от химических трансформаций. Метаболизм нейротрансмиттера осуществляется моноаминоксидазой и протекает в цитозоле нейрона. Альтернативный путь для модификации серотонина существует в шишковидной железе, где он превращается в мелатонин. Синтез мелатонина происходит в эпифизе, содержащем все ферменты, необходимые для синтеза серотонина из триптофана, а также два дополнительных фермента, необходимых для превращения серотонина в мелатонин. Фермент, ограничивающий скорость указанного процесса, серотонин-Ж-ацетилтрансфераза или арилалкиламин-Ж-ацетилтрансфераза, превращает серотонин в Ж-ацетилсеротонин; этот продукт переходит в мелатонин под воздействием фермента 5-гидроксииндол-О-метилтрансферазы, который использует S-аденозилметионин в качестве донора метила. Уникальной особенностью биохимии шишковидной железы является то, что на синтез и секрецию мелатонина заметно влияет цикл смены дня и ночи, действующий через мультисинаптический путь, который передается в верхних шейных ганглиях симпатической нервной системы. В дневное время синтез и секреция мелатонина снижаются, как и ток импульса по симпатическим нервам, иннервирующим шишковидную железу. С наступлением темноты происходит активация этих нервных путей и повышенное высвобождение норадреналина, в результате чего активируются ув-адренорецепторы шишковидной железы, увеличивается образование цАМФ - внутриклеточного мессенджера. Было установлено, что активация а1-адренорецепторов еще больше усиливает ответ. Этот вторичный посредник вызывает активацию арилалкиламин-Ж-ацетилтрансферазы, и, как следствие, приводит к росту объемов синтеза мелатонина.

На молекулярном уровне суммарно процесс синтеза 5-HT протекает в два этапа и выглядит следующим образом: на первом этапе L-триптофан (L-Trp) гидроксилируется до 5-гидрокситриптофана (5-HTP) триптофангидроксилазой (TPH); на втором этапе, 5-HTP подвергается декарбоксилированию декарбоксилазой ароматических аминокислот с образованием 5-HT.

Функции серотонина в ЦНС очень широки и связаны с действием серотонинергической системы на передний мозг, ствол мозга и мозжечок. Рецепторы из ростральных ядер этой системы способствуют регуляции температуры, аппетита, циклов сна / бодрствования, влияют на рвотные центры, а также участвуют в ноцицепции и двигательном тонусе мышечной системы. Одной из важных функций нейронов, где медиатором служит триптамин, является торможение повышенной реактивности на разные стимулы; изменение триптаминергических функций может быть причиной нарушения сна, настроения, восприятия боли, пищевого поведения, моторной активности и восприятий. Такие нейроны участвуют также в регуляции температуры тела, контроле за эндокринными функциями и экстрапирамидной активностью.

Наиболее социально значимым аспектом является роль серотонина в психологических расстройствах у людей. Эволюция теорий, касающихся роли биогенных аминов в патофизиологии психических расстройств, привела к общему мнению о том, что депрессия, мания и тревожные состояния связаны со снижением биодоступности серотонина в ЦНС. Нарушение метаболизма 5-ГТА в мозге является одной из предполагаемых причин определенных психических нарушений, в том числе нарушений пищевого поведения таких, как булимия. Серотонин модулирует восприятие боли и ноцицептивную обработку на нескольких уровнях в центральной и периферической нервной системе. В участках воспаления ткани высвобождение серотонина повышает чувствительность периферических нервных волокон, которые передают ноцицептивную информацию в ЦНС. Серотониновые нейроны ствола мозга посылают нисходящие проекции в спинной мозг, которые модулируют поступающую болевую реакцию. Наконец, серотониновые нейроны ствола мозга опосредуют восходящие проекции в кору и лимбические области, которые могут модулировать уже психологическое восприятие боли.

2.7.Типы серотониновых рецепторов

Эффекты серотонина реализуются через его рецепторы. В результате экспериментальных исследований было установлено, что в организме присутствует семь подтипов рецепторов серотонина. Стоит отметить, что эти рецепторы при активации могут выполнять как тормозящую, так и возбуждающую функцию. Большинство из них проявляют гетерогенность и подразделяются на 5-HT1A, 5-HT2, 5-HT3 и т.д. Шесть из этих подтипов включают рецепторы, связанные с G-белком. Рецептор 5-HT уникален тем, что он включает лиганд-зависимый ионный Жа+ /К+ канал, подобный гамма-аминомасляной кислоте и Ж-метил-^-аспарагиновой кислоте. Рецепторы 5-НТ1 типа сопряжены с Gi-белком и при активации ингибируют аденилатциклазу - фермент, катализирующий превращение АТФ в цАМФ, что является сигналом для активации цАМФ-зависимых протеинкиназ, которые, в свою очередь, активируют различные белки (в том числе факторы транскрипции). Кроме того, активация 5-НТ1 рецепторов приводит к открытию К+ -каналов и гиперполяризации мембраны. Имеются данные о том, что активация рецептора 1А подтипа в культурах клеток может приводить к активации фосфолипазы С.

Р
ис.13.Общая характеристика типов серотониновых рецепторов

2.8.Способы повышения уровня серотонина

Существуют фармакологические и нефармакологические методы повысить уровень серотонина в организме.

Лечение с помощью медикаментов является эффективным при тяжелых случаях таких, как депрессия, биполярное аффективное расстройство, ОКР, булимия и др. Лечение назначается врачом-психиатром и препараты отпускаются строго по рецепту.

Серотонинергическая система является основной мишенью терапевтического воздействия при различных психических и неврологических расстройствах, таких как, психопатологические расстройства, посттравматическое стрессовое расстройство, нервная булимия, обсессивно-компульсивное расстройство, тревоги, агрессивное поведение, предменструальное дистрофическое расстройство, панические расстройства, социальная фобия, биполярное расстройство, атипичная депрессия, мигрень и ряд других. Научным обоснованием к проведению терапевтических воздействий, направленных на нормализацию обмена серотонина, является экспериментально доказанный факт о достоверном снижении уровня 5-НТ в ЦНС и плазме на фоне указанных патологий, а его коррекция приводит к значительному улучшению клинической картины у леченых пациентов.

Одной из главных стратегий лечения указанной патологии является нормализация работы малого серотонинового цикла за счет нормотимических препаратов, восстанавливающих обратный захват серотонина и электрохимическую передачу нервного импульса в нейронах.

В настоящее время в качестве антидепрессантов применяются «селективные ингибиторы обратного захвата серотонина» (СИОЗС). Эти вещества затрудняют и обратный захват серотонина в синапсах, тем самым повышая его концентрацию в крови. Ингибиторы обратного захвата серотонина в синаптической щели конкурентно связываются с рецепторами обратного захвата 5-ГТА. В результате концентрация серотонина в синаптической щели увеличивается, что усиливает передачу нервного импульса. Этот эффект лежит в основе действия препаратов, повышающих психическую активность, снимающих эмоциональное напряжение и моделирующих пищевое поведение.

Согласно номенклатуре психотропных препаратов, к селективным ингибиторам обратного захвата серотонина (СИОЗС) относятся 6 антидепрессантов: флуоксетин, пароксетин, сертралин, флувоксамин, циталопрам и эсциталопрам.

Существуют так же БАДы, способствующие повышению уровня серотонина, такие, как L-триптофан.
В организме L-триптофан используется для производства 5-HTP, из которого производится серотонин. Увеличение L-триптофана может повысить уровень серотонина.

Нефармакологические методы повышения уровня серотонина мозга могут не только улучшить настроение и социальное функционирование здоровых людей, что является достойной целью даже без дополнительных соображений, но и позволит проверить идею о том, что повышение уровня серотонина мозга может помочь защитить от возникновения различных психических и физических расстройств.

Воздействие яркого света – один из возможных подходов к повышению уровня серотонина без лекарств. Яркий свет, конечно, является стандартным средством лечения сезонной депрессии, но несколько исследований также показывают, что он является эффективным средством лечения несезонной депрессии, а также снижает подавленное настроение у женщин с предменструальным дисфорическим расстройством и у беременных женщин, страдающих депрессией. Доказательства, связывающие эти эффекты с серотонином, являются косвенными. В посмертном мозге человека уровень серотонина выше у тех, кто умер летом, чем у тех, кто умер зимой. Аналогичный вывод был сделан в исследовании на здоровых добровольцах, в котором синтез серотонина оценивался путем измерения метаболита серотонина 5-гидроксииндолуксусной кислоты (5-HIAA) в венозном оттоке из мозга. Также была обнаружена положительная корреляция между синтезом серотонина и количеством часов солнечного света в день проведения измерений, независимо от времени года. У крыс уровень серотонина наиболее высок во время светлой части цикла свет-

темнота, и это состояние определяется фотоциклом, а не циркадным ритмом. Существование ретинорафического тракта может помочь объяснить, почему у экспериментальных животных частота стрельбы нейронов, экспрессия c-fos и содержание серотонина в ядрах рафы реагируют на воздействие света на сетчатку. У людей, безусловно, существует взаимодействие между ярким светом и серотониновой системой. Эффект понижения настроения при остром истощении запасов триптофана у здоровых женщин полностью блокируется, если проводить исследование при ярком свете (3000 люкс) вместо тусклого света.

Несколько поколений назад большинство населения мира занималось сельским хозяйством и проводило много времени на улице. Это привело бы к высокому уровню яркой световой экспозиции даже зимой. Даже в облачный день свет снаружи может быть больше 1000 люкс, что никогда не достигается в помещении. В недавнем исследовании, проведенном примерно на 45° северной широте, ежедневная экспозиция света, превышающая 1000 люкс, составляла в среднем около 30 минут зимой и только около 90 минут летом среди людей, работающих не менее 30 часов в неделю, включая выходные. В этой группе летняя яркая световая экспозиция, вероятно, была значительно меньше зимней экспозиции наших сельскохозяйственных предков. Мы можем жить в обществе, лишенном достаточной яркой световой экспозиции. Существует большое количество литературы, касающейся благоприятного воздействия яркого света на здоровых людей, но это выходит за рамки данного редакционного комментария. Лампы, предназначенные для лечения сезонного аффективного расстройства, которые обеспечивают больше люкс, чем обычное освещение в помещении, легко доступны, хотя их использование в повседневной жизни может быть вызовом для некоторых. Однако существуют и другие стратегии, как личные, так и институциональные. "Световые кафе", изобретенные в скандинавских странах, появились в Великобритании, а австрийская деревня, которая не получает солнечного света зимой из-за окружающих гор, строит серию гигантских зеркал, чтобы отражать солнечный свет в долину. Лучшее использование дневного света в зданиях - это проблема, на которую архитекторы все больше обращают внимание. Работа в помещении не обязательно должна быть связана с недостаточной яркой световой экспозицией.

Вторая стратегия, которая может повысить уровень серотонина в мозге, - это физические упражнения. Всесторонний обзор связи между физическими упражнениями и настроением показал, что антидепрессивный и анксиолитический эффекты были четко продемонстрированы. В Великобритании Национальный институт здоровья и клинического мастерства, который работает от имени Национальной службы здравоохранения и дает рекомендации по лечению в соответствии с наилучшими имеющимися данными, опубликовал руководство по лечению депрессии. Руководство рекомендует лечить легкую клиническую депрессию с помощью различных стратегий, включая физические упражнения, а не антидепрессанты, поскольку соотношение риска и пользы при использовании антидепрессантов у пациентов с легкой депрессией является низким. Физические упражнения улучшают настроение как в субклинических популяциях, так и у пациентов. Наиболее устойчивый эффект наблюдается при регулярных занятиях аэробными упражнениями на уровне, с которым они знакомы. Тем не менее, сохраняется определенный скептицизм в отношении антидепрессивного эффекта упражнений, и Национальный институт психического здоровья США в настоящее время финансирует клинические испытания антидепрессивного эффекта упражнений, призванные преодолеть источники потенциальной предвзятости и угрозы внутренней и внешней валидности, которые ограничивали предыдущие исследования. Несколько направлений исследований показывают, что физические упражнения повышают функцию серотонина в мозге человека. Пост и коллеги измеряли метаболиты биогенных аминов в спинномозговой жидкости (СЖ) пациентов с депрессией до и после повышения физической активности для имитации мании. Физическая активность увеличила содержание 5-HIAA, но неясно, было ли это связано с увеличением оборота серотонина или смешиванием ЦСЖ из более высоких областей, которые содержат более высокий уровень 5-HIAA, с ЦСЖ поясничной области (или с комбинацией обоих механизмов). Тем не менее, это открытие стимулировало многие исследования на животных, посвященные эффектам физических упражнений. Например, Chaouloff и коллеги показали, что физические упражнения увеличивают содержание триптофана и 5-HIAA в желудочках крыс. Более поздние исследования с использованием внутримозгового диализа показали, что физические упражнения увеличивают внеклеточный серотонин и 5-HIAA в различных областях мозга, включая гиппокамп и кору. В этом эффекте могут быть задействованы два различных механизма. Как отмечают Джейкобс и Форнал, двигательная активность увеличивает частоту стрельбы серотониновых нейронов, что приводит к увеличению высвобождения и синтеза серотонина. Кроме того, в мозге увеличивается содержание предшественника серотонина - триптофана, которое сохраняется и после физических упражнений.

Самый большой объем работ, посвященных изучению влияния физических упражнений на доступность триптофана для мозга, связан с гипотезой о том, что утомление во время физических упражнений связано с повышением синтеза триптофана и серотонина в мозге. Большое количество фактов подтверждает идею о том, что физические упражнения, включая упражнения до утомления, связаны с повышением уровня триптофана в плазме крови и снижением уровня аминокислот с разветвленной цепью (BCAA) лейцина, изолейцина и валина. ВСАА ингибируют транспорт триптофана в мозг. Из-за повышения уровня триптофана в плазме и снижения уровня ВСАА значительно увеличивается доступность триптофана для мозга. Триптофан является эффективным легким гипнотиком, что послужило стимулом для выдвижения гипотезы о том, что он может быть вовлечен в процесс утомления. Полное обсуждение этой темы не входит в рамки данной редакционной статьи, однако следует отметить, что в ходе нескольких клинических испытаний BCAA выяснялось, можно ли бороться с усталостью путем снижения уровня триптофана в мозге, и результаты мало подтвердили эту гипотезу. Кроме того, физические упражнения приводят к увеличению соотношения триптофана и ВСАА в плазме крови до наступления усталости. Вывод из этих исследований заключается в том, что у людей повышение доступности прекурсоров должно увеличивать синтез серотонина во время и после тренировки и что это не связано с усталостью, хотя может быть связано с улучшением настроения. Увеличивает ли двигательная активность частоту стрельбы серотониновых нейронов у людей, как и у животных, неизвестно. Однако ясно, что аэробные упражнения могут улучшать настроение.

Как и с ярким светом, уровень сильной физической активности у людей сильно изменился с тех времен, когда они были охотниками-собирателями или занимались в основном сельским хозяйством. Ламберт утверждал, что снижение сильной физической нагрузки и, в частности, уровня вознаграждения за усилия могут способствовать высокому уровню депрессии в современном обществе. Влияние упражнений на серотонин показывает, что сама физическая активность, а не вознаграждения, которые идут от нее, могут быть важны. Если испытания физических упражнений для профилактики депрессии будут успешны, то профилактика депрессии может быть добавлена к многочисленным другим преимуществам физических упражнений.

Третий фактор, который может играть роль в повышении уровня серотонина в мозге, - это диета. Согласно некоторым данным, триптофан, повышающий уровень серотонина в мозге у людей и экспериментальных животных, является эффективным антидепрессантом при легкой и умеренной депрессии. Кроме того, у здоровых людей с высокой раздражительностью он повышает сговорчивость, снижает ссороустойчивость и улучшает настроение.

Для выработки серотонина в организме необходимо:
• поступление с пищей триптофана – аминокислоты, необходимой для

непосредственного синтеза серотонина в синапсах;
• поступление глюкозы, стимуляция выброса инсулина в кровь, стимуляция катаболизма в тканях и, как следствие, – повышение уровня триптофана в крови.

Триптофан является компонентом пищевых белков. Наиболее богаты триптофаном такие продукты, как черная и красная икра, сыр, рыба, мясо, бобовые, орехи, финики, чернослив, творог, мясо кролика и индейки, тёмный шоколад.

3.Экспериментальная часть

3.1.Использованное оборудование, химическая посуда и материалы:

1. Штатив для пробирок

2. Пробирки

3. Фарфоровые ступки

4. Фарфоровые пестики

5. Мерные цилиндры

6. Стеклянные воронки

7. Бумажные фильтры

8. Камера для хроматографии

9. Электронные весы

10. Силуфольные пластинки

11. Капилляры

3.2.Химические реактивы:

1. Этанол

2. Пропанол

3. Муравьиная кислота

4. Нингидрин

5. Ацетон

3.3.Исследуемые объекты:

1. Грецкий орех

2. Финик

3. Инжир

4. Чернослив

5. Шоколад

6. Т
   
   ыквенные семечки

Рис.14.Грецкий орех Рис.15.Инжир

Рис.16.Финик Рис.17.Шоколад

Рис.18.Чернослив Рис.19.Тыквенные семечки

3.4.Подготовительный этап.

3.4.1.Подготовление объектов для анализа.

Н

а электронных весах отвешиваем около двух грамм исследуемых объектов. Далее нарезаем на мелкие кусочки, переносим в фарфоровые ступки и растираем с 10 мл этанола. Полученные экстракты через бумажные фильтры переносим в пробирки для проведения дальнейших исследований.

Рис.20.Фильтрование Рис.21.Полученные экстракты

3.4.2.Подготовка хроматографической системы.

Хроматографическая система, представляющая собой смесь растворителей пропанол, ацетон, муравьиная кислота (5:3:2), заливается в камеру за сутки до хроматографирования. Проявителем для аминокислот является однопроцентный раствор нингидрина в ацетоне.

Свидетель - аминокислота триптофан.

3.5.Определение наличия триптофана в исследуемых продуктах.

На линию «старта» силуфольных пластинок наносятся фильтраты на расстоянии друг от друга примерно 10 мм и свидетель. Поскольку концентрация свидетеля триптофана высокая, то наносим всего 5 раз. Пластины помещаются в насыщенную камеру под углом приблизительно 12 градусов и выдерживаются до момента достижения растворителей линии «финиша». Далее пластины вынимаются из камеры, отдуваются в вытяжном шкафу до момента испарения растворителя, затем обрызгиваются проявителем и подвергаются нагреванию. Аминокислоты проявляются на хроматограмме в виде цветных пятен.

Рис.22. Нанесение фильтратов. Рис.23. Пластины в камере.

Как видно из хроматограммы, в исследуемых продуктах чётко проявилась аминокислота, находящаяся на уровне свидетеля-аминокислоты триптофана. Таким образом, эксперимент дал возможность сделать заключение, что рекомендуемые продукты содержат достаточное количество триптофана, являющегося предшественником серотонина.

Согласно представленной хроматограмме наибольшая интенсивность пятна, соответствующая присутствию триптофана, принадлежит грецким орехам. Поэтому хотелось бы остановиться на последних исследованиях австралийских учёных, проведенных в предэкзаменационный период различных ВУЗов. Чтобы подтвердить насколько эффективно потребление грецких орехов перед экзаменами, эксперимент длился 16 недель. В течении этого времени студенты экспериментальной группы съедали 60 г орехов. Вторая контрольная группа их не употребляла. При этом у обеих групп постоянно исследовались образцы крови, слюны и др. биологические пробы. Результаты получились многообещающими: было очевидно, что грецкие орехи смягчали отрицательное влияние академического стресса на психическое здоровье студентов. В их крови было больше, чем прежде метаболических маркеров, которые связаны с защитой от стресса. У тех, кто ел грецкие орехи поднималось настроение и стал лучше сон, что тоже объяснимо. Грецкие орехи содержат аминокислоту триптофан, которую мозг использует для выработки серотонина. Также грецкие орехи благотворно влияют на когнитивные функции, потому что содержат омега-3-ненасыщенные жирные кислоты. Чтобы добиться такого эффекта, немного грецких орехов надо съедать каждый день.

4.Продукт

Продуктом моего проекта является урок-лекция по теме «Серотонин и стресс перед экзаменами» для учеников 9х и 10х классов.

План проведения урока

5.Выводы

В ходе написания работы были выполнены поставленные задачи и цель.

1. Была собрана теоретическая база из научных статей

2. Проведен эксперимент, на исследование количества триптофана в продуктах

3. Составлен план проведения урока-лекции

4. Представлены методы, позволяющие бороться с дефицитом серотонина в организме

5. Работа была опубликована в интернете

6. Новизна данной работы определяется использованием тонкослойной хроматографии, которая ранее в других работах школьников не встречалась

6.Список литературы и интернет-ресурсов

1. Нуллер Ю. Л., Михаленко И. Н. ‹‹Аффективные психозы››

https://www.psychiatry.ru/lib/1/book/38/chapter/22

1. Simon N. Young. How to increase serotonin in the human brain without drugs

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2077351/#

1. Степина Елена. Триптофан - что за аминокислота и где она содержится

https://fitomarket.com.ua/fitoblog/triptofan-chto-za-aminokislota-i-gde-ona-soderzhitsja

1. ГБУЗ городская больница N°8 города Сочи. Что нужно знать о серотонине

https://gb8sochi.ru/dlya-pacientov/meditsinskaya-profilaktika/155-chto-nuzhno-znat-o-serotonine

1. Charlotte Teunis, Max Nieuwdorp and Nordin Hanssen. Interactions between Tryptophan Metabolism, the Gut Microbiome and the Immune System as Potential Drivers of Non-Alcohol Liver Disease (NAFLD) and Metabolic Diseases

https://propionix.ru/nafld-tryptophan-microbiome-and-immunity

1. Дмитрий Яковина. 5-НТР и триптофан: в чем разница?

1. Биология и медицина. Серотонин: ядра шва (raphe nuclei)

http://medbiol.ru/medbiol/neirpdd/0000138c.htm

1. М.Д. Каркусова. Биологические эффекты серотонина (обзорная статья)

https://cyberleninka.ru/search?q=%D0%9C.%D0%94.%20%D0%9A%D0%B0%D1%80%D0%BA%D1%83%D1%81%D0%BE%D0%B2%D0%B0

1. Иван Иванович Дедов, Екатерина Анатольевна Трошина, Наталья Валентиновна Мазурина, Марина Галиева, Оксана Викторовна Логвинова. Роль нейротрансмиттеров в регуляции энергетического гомеостаза и возможности медикаментозной коррекции его нарушений при ожирении

https://www.omet-endojournals.ru/jour/article/view/7800?locale=ru_RU

1. Баринов Э.Ф., Сулаева О.Н. Роль серотонина в физиологии и патологии желудочно-кишечного тракта

https://elibrary.ru/item.asp?id=17833436

1. Толстых М.П., Будневский С.В., Гаджиев A.И., Ширинский В.Г., Авагян А.А., Галлямов Э.А., Климов Ю.В., Шин Ф.Е., Прусов Е.В., Симоненков А.П., Медышева Е.О. Теоретическое обоснование применения серотонина в клинической практике

https://cyberleninka.ru/article/n/teoreticheskoe-obosnovanie-primeneniya-serotonina-v-klinicheskoy-praktike